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西尔康SK2700系列高压变频器在贵阳电厂的应用
一、项目背景
      随着我国电力体制改革的深入开展，供求形势的变化、厂网分家、竞价上网等政策的出台，节约能源、节约厂用电、降低发电成本、提高生产效益，已经是许多发电厂的一项自觉行动。
      我国火力发电厂中，厂用电一般占发电量的4%~10%，降低厂用电直接关系着电厂的经济效益。另外风机是火力发电厂重要的辅助设备之一，锅炉的四大风机的总耗电量约占机组发电量的2%左右。随着火电机组容量的提高，锅炉风机的容量也在不断增大，占机组容量的3%以上。因此，提高风机的运行效率对降低厂用电率具有重要的作用。
      国电贵阳发电厂总装机容量为2×200MW，两台900T/h煤粉炉，每台锅炉配置两台送风机（1800kW/6kV）和两台引风机(2000kW/6kV)，均为离心式风机，采用入口风门调节风量。由于机组调峰任务重，负荷在100MW～200MW之间大幅度变化。由于采用风门调节，造成巨大的节流损耗，浪费了大量的电能，致使厂用电率居高不下，供电煤耗高，发电成本不易降低。
      当机组在额定负荷下运行时，风机效率较为理想，但当机组降负荷运行时，一部分功率被消耗在挡板上，且机组负荷越低，消耗在挡板上的功率越大，从而使风机效率随机组负荷降低而迅速下降。
      该系统在运行过程中还存在一些其他问题：
1.挡板动作迟缓，手动时运行人员操作不灵活，如操作不当还会造成风机振动。投自动运行时，很难满足调节品质。
2.风机挡板执行机构故障较多，不能适应长期频繁调节，使风机调节系统一直不能正常投入自动运行。
3.风机电动机在起动时，采用直流起动方式，起动电流为额定电流的5~7倍，电动机受到的机械，电气冲击较大，经常发生转子笼条断裂故障。
4.电动机容量比风机额定出力大，多余容量不能利用，降低了效率，浪费了电能。
5.挡板受冲击，磨损较严重，漏风现象严重。
      因此选择高效的风量调节方式对送引风机进行节能改造已成为当务之急。为了进一步适应厂网分家、竞价上网的电力体制，进一步节约能源，降低厂用电率，保护环境，改善运行控制方式，减少风机的磨损和噪音，利用电机变频调速方法实现风量调节，达到节能和实现稳定控制的目的，贵阳电厂采用了无锡市西尔康电气有限公司生产的8台SK2700系列高压变频器对两台机组的送引风机进行了变频调速节能改造。
二、SK2700系列变频器的性能
      国电贵阳电厂#8、#9机组引、送风机共八台，采用8台SK2700系列变频器进行调速控制。变频器为直接高—高方式的电压源型，外加工频旁路切换开关。变频器的主要性能指标如下：
变频器容量 2500kVA
额定电流 240A
输入频率 50Hz
额定输入电压 6000V 
允许电压波动 ±10%
输出频率范围 0~50Hz(即：调速范围0~100%)
变频器效率 ≥96% 
过载能力 120%1min，150%立即保护
      为了适应电厂设备运行安全性及工艺需要，变频器除了满足上述基本性能指标要求外，还具有如下功能：
1.风机变频改造后，既可以变频调速运行，也可以直接投工频运行。
2.控制电源为两路交流220V，两路相互备用，当两路控制电同时故障时，UPS至少能维持30分钟。
3.控制系统采用“双DSP＋PLC＋触摸屏”方案，系统可靠性高。DSP运行速度达到纳秒级，完全杜绝了“工控机＋PLC＋单片机”的工控机方案而出现的内存损坏、风扇停运等故障。
4.变频器配置单元旁路功能，在局部故障时，变频器可将故障单元旁路，降额继续运行，减少风机忽然停机造成的损失。旁路状态可以长期运行，等适当时候停机处理。
5.具有软起动功能，没有电机启动冲击引起的电网电压下跌，可确保电机安全、长期运行；
6.系统采用中性点漂移技术，当某个功率单元出现故障时，可以自动监测故障并启动单元旁路功能，使得该单元不再投入运行，不用同时旁路故障单元的同一级其它两个功率单元，程序会自动进行运算，调整算法，使得输出的三个线电压仍然完全对称，系统能维持额定输出的95%以上，几乎对机组运行不产生任何影响。
7.系统的功率单元为模块化设计，同等容量的变频器功率单元均可互换，功率单元更换方便，3分钟即可更换一个模块
8.和电厂的DCS系统实现无缝接口。
三、改造项目具体实施方案
 
1、现场示意图（如图1）
      #9机送/引风机变频室（如图1：绿色部分）
      #8机送/引风机变频室（如图1：黄色部分）
2、选配变频装置型号及主要参数

序号

设备名称

变频器型号

电机功率（kW）

柜体尺寸(mm)

台数

1

8#机组

送风机

SK2700-06-2250-6QY

1800

6080×1300×2750

2

2

引风机

SK2700-06-2500-6QY

2000

6080×1300×2750

2

3

9#机组

送风机

SK2700-06-1800-6QY

1400

6080×1300×2750

2

4

引风机

SK2700-06-2500-6QY

2000

6080×1300×2750

2

3、变频器系统方案
      贵阳电厂#8、#9机组八台风机变频改造后，变频器都采用手动旁路一拖一系统方案，具体如下：
1)手动旁路一拖一主回路示意
 
2)说明
      变频运行时，闭合QS1、QS3，断开QS2；
      工频运行时，断开QS1、QS3，闭合QS2；
      QS1、QS2与QS3为隔离刀闸开关；
      其中，QF1，M为贵阳电厂现场设备。
3)变频改造后的情况
1.实现变频、工频相互手动切换；
2.将变频系统纳入用户DCS系统，实现远方/就地控制；
3.电机以往的差动保护在变频时退出，工频时投入；
4.变频器除了对电机软启动之外，还具有过压、过载、过流等保护功能。
4、控制系统
1)控制信号
      贵阳电厂#8、#9机组八台风机变频改造后，变频器由贵阳电厂集控室DCS控制，变频器至DCS具体控制信号如下：

序号

名  称

逻辑要求

测点类型

线号说明

用  途

1

DCS复位

故障复位

DI干节点脉冲信号

X1、P24

变频器故障复位信号

2

起停控制

合：起动
开：停机

DI干节点长保持信号

X2、P24

按设定起停方式及加减速曲线控制变频器

3

目标频率设定

4～20mA

AI模拟量

FREQ+、FREQ-

DCS控制变频器运行目标频率

4

高压合闸允许

合：允许合闸
开：无意义

DO干节点长保持信号

Y1A、Y1B

高压进线开关合闸控制

5

系统就绪

合：系统已就绪
开：无意义

DO干节点长保持信号

Y2A、Y2B

变频系统无故障，允许运行

6

变频运行状态

合：变频运行状态
开：停止状态

DO干节点长保持信号

Y3A、Y3B

指示电机的变频运行状态

7

远程/本地控制状态

合：变频器处于远程控制状态
开：变频器处于本地控制状态

DO干节点长保持信号

Y4A、Y4B

指示变频器的控制指令源

8

轻故障（报警）

合：变频器处于轻故障状态
开：无轻故障

DO干节点长保持信号

Y5A、Y5B

指示变频器的报警状态

9

重故障（停机）

合：变频器处于重故障状态
开：无重故障

DO干节点长保持信号

Y6A、Y6B

指示变频器的故障状态

10

变频工频状态

DO干节点

Y7A、Y7B

11

当前运行频率

4～20mA

AO模拟量

A01、AGND

变频器当前输出频率

12

电机电流

4～20mA

A0模拟量

A02、AGND

电机当前运行电流

      贵阳电厂#8、#9机组八台风机变频改造后，电厂6kV配电装置保护投切做了相应变更，变更如下：
1.引风机6kV高压开关间隔处增加合闸允许1LP、差动保护2LP、速断保护3LP共3块保护压板，对应投入方式为：合闸允许1LP（变频运行切除，工频运行投入），差动保护2LP（变频运行切除，工频运行投入），速断保护3LP（变频运行投入，工频运行切除）；
2.送风机6kV高压开关间隔处增加合闸允许1LP保护压板，对应投入方式为：合闸允许1LP（变频运行切除，工频运行投入）。
2)运行逻辑
 
四、变频改造后对设备的影响
       引、送风机采用变频运行后，除了节能和控制性能改善外，风机系统的运行工况也明显改善，有以下优点：
1.实现风门全开，不再调整风门，运行自动化程度大为提高，运行和维护工作量降低。
2.变频改造后，电动机实现软启动，降低了电动机的故障率。
3.功率因数提高，从电网角度看，工频运行时功率因数为0.85左右，变频运行时功率因数达到0.96.因此，即使同样满负荷运行，变频运行时，高压输入电流明显比工频运行时小，这有利于节能和设备安全运行。
4.采用变频和旁路工频双套运行方式，当变频器故障时，电动机可投工频旁路，电动机定速运行，不影响设备运行，了机组的安全运行。
五、结论
      将交流变频调节装置应用于大型锅炉风机，不仅节能，而且大大改善了控制品质和运行工况，取得了显著的社会效益和经济效益，使设备的运行方式更趋合理，设备自动化程度、控制水平进一步提高。虽然高压交流变频调速装置的一次性投资较大，但它所带来的回报是巨大的、长期的，建议大力推广使用。
      总之，无锡市西尔康电气有限公司生产的SK2700系列高压变频器在国电贵阳电厂风机的调速改造中应用是相当成功的，该系列变频器的性、可靠性已得到了许多工业应用的证实。在电力行业，对于许多高压大功率的辅机设备推广采用高压变频调速技术，不仅可以取得相当显著的节能效果，也是电厂节能降耗的一个有效途径，而且得到政策的支持，代表了今后电力行业节能技改的方向。
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